遗传性脑小血管病常见病的基因变异研究进展

吴 菁，胡小林，梁 涛，徐祖才，张 骏

(遵义医学院附属医院神经内科，贵州 遵义 563000)

脑小血管病是指由脑穿通动脉、小动脉、毛细血管和小静脉的病理改变引起的临床综合征。其主要临床表现为卒中和痴呆[1]。脑小血管病目前被认为是血管性痴呆的主要原因，因此2008年国际卒中大会上特别提出“小卒中大问题”的论点[2]，引起了学术界对脑小血管疾病的重视。脑小血管的重要功能是血脑屏障和脑实质间质液与血管周围的引流。当其结构和功能发生改变时会引起一系列的病理改变，在影像学上主要表现为脑白质疏松、腔隙性梗死灶和脑微出血[3]。遗传性脑小血管病现已被认为是导致青少年卒中和血管性痴呆的重要病因[4]。目前常见的遗传性脑小血管病包括伴有皮质下梗死和白质脑病的常染色体显性遗传性脑动脉病(cerebral autosomal dominant arteriopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy，CADASIL)、伴有皮质下梗死和白质脑病的脑常染色体隐性遗传性脑动脉病(cerebral autosomal recessive arteriopathy with subcortical infarcts and leucoencephalopathy，CARASIL)、脑淀粉样血管病(cerebral amyloid angiopathy，CAA)、法布里病(Fabry disease，FD)等。而随着基因连锁分析和DNA测序的不断发展，遗传性脑小血管病的致病基因正在被迅速发现，尽管遗传性脑小血管病具有不同的特点和表现，但是遗传分析仍是诊断的金标准。虽然目前临床上对遗传性脑小血管病患者的分类、诊断和咨询、管理治疗等方面已经取得了较大进步，但仍缺乏有效的治疗手段，还需临床工作者不断探索研究。现就常见的遗传性脑小血管病的基因变异进行综述。

1 CADASIL

CADASIL是由NOTCH3基因突变导致的遗传性脑小血管病，其临床以偏头痛、反复缺血性发作和进行性痴呆为主要特征，此外，一些患者还会有情感障碍、失眠、运动障碍、自主神经功能亢进等表现[5-6]。CADASIL平均发病年龄为45岁，目前该病的诊断主要依赖于磁共振成像、皮肤活检以及基因检查。该病的发生机制主要影响NOTCH3基因编码细胞信号受体，NOTCH3突变在小动脉中诱导血管平滑肌细胞变性，导致反复发作的腔隙性梗死，进而促进CADASIL的发生。Singhal等[7]建议筛选可疑病患的NOTCH3基因外显子4，必要时可扩展测序外显子3,5和6。随着基因测序的发展，一些罕见的基因突变也正在逐渐被发现，如You等[8]首次报道了中国人NOTCH3第11外显子R587C[p.Arg587Cys(1759C>T)]突变，以及Hou 等[9]首次报道汉族人群中NOTCH3基因外显子14上的c.2182CT突变患者。另一方面，CADASIL患者中可能存在基因型-表型相关性，日本的一项纳入70例CADASIL患者的回顾性分析共发现19种不同的NOTCH3突变，与其他NOTCH3突变患者相比，具有Arg75Pro突变的CADASIL患者颞前极磁共振成像高信号较少，而具有NOTCH3 Arg133Cys突变的CADASIL患者在磁共振成像基底节外囊区高信号明显[10]。有研究指明环指蛋白213是一种与CARASIL患者颅内动脉狭窄易感性相关的基因，该基因的携带者更容易导致颅内动脉狭窄，这可能与颅内动脉的负性重塑有关[11]。因此，CADASIL患者需要磁共振血管成像随访和密切观察。近年来研究表明,K+通道超家族在CADASIL疾病过程中扮演重要角色，K+通道超家族的主要作用是激活K+通道的超极化和维持稳定细胞膜电位[12]。该通道的活性异常时，可能促进心脑血管危险因素的发展，β位点淀粉样前体蛋白(amyloid precusor protein，APP)切割酶1在阿尔茨海默病的发病机制中发挥关键作用，目前已有学者在CADASIL患者中发现β位点APP切割酶1，它可能通过调节离子通道而影响大脑的电活动，进而在CADASIL患者痴呆进展中发挥作用[12-13]。

2 CARASIL

CARASIL是由丝氨酸蛋白酶HTRA1(high-temperature requirement A serine peptidase 1)基因突变导致的脑小血管疾病。主要临床表现为缺血性卒中、进行性痴呆、脱发，腰背痛及椎间盘突出症。脑磁共振成像特征性表现是基底节和丘脑弥漫性白质改变和多发性腔隙性梗死。CARASIL是小深穿支动脉粥样硬化，但没有粒状嗜锇性物质或淀粉样蛋白沉积[14]。CARASIL患者的病理改变主要为动脉中膜平滑肌细胞损害，从而导致相应的临床症状，但具体的机制尚不明确。一些新的基因突变正在被发现，如Cai等[15]报道了新的纯合移码突变(c.161_162insAG)导致的CARASIL。来自美洲CARASIL的患者也发现HTRA1基因新型错义突变(c.616G>A)，此患者除有该病的典型诊断外，还特征性的表现为头颅不对称畸形及听力下降[16]。一项研究分析了3例经遗传学证实的CARASIL尸检患者的组织病理学改变：其中2例有HTRA1 p.R302X突变，1例有HTRA1 p.A252T突变，3例患者除具有类似的内膜增生、弹力层多层分裂，内侧平滑肌细胞减少等颅内动脉病理改变外，1例携带p.R302X突变的CARASIL患者在多个内脏器官的动脉中出现动脉粥样硬化样内膜增厚和小动脉硬化，这可能提示CARASIL患者具有基因表型的关系。CARASIL是由单基因HTRA1突变引起，HTRA1蛋白通过抑制转化生长因子-β信号转导进而导致血管改变[17]。在动物缺血再灌注模型及氧糖剥夺神经元培养模型中发现，转化生长因子-β家族中骨形态发生蛋白4上调与缺血性脑白质损伤同时发生，骨形态发生蛋白4虽然能促进血管生成，但会诱导星形胶质细胞增殖，发生免疫应答，从而加重白质损伤，骨形态发生蛋白4信号的调节可能在CARASIL的发生、发展过程中发挥重要作用[18]。

3 CAA

CAA是由血管β淀粉样蛋白(β-amyloid protein,Aβ)沉积引起的脑小血管疾病，主要与载脂蛋白E(apolipo-protein E，apoE)基因、早老素等基因密切相关。CAA的主要特征是自限制性的反复脑叶微出血，并与阿尔茨海默病密切相关。尸检研究表明CAA在阿尔茨海默病中的患病率为70%～90%[19]。脑内老年斑是CAA认知功能障碍的主要病理特征之一，其主要成分Aβ是通过β淀粉样蛋白前体蛋白裂解酶1和早老素1分泌酶从APP中释放出来的。任何引起此过程的变化均有可能导致CAA。CAA发生分为散发型和罕见的遗传形式。散发型的CAA主要与apoE突变相关，apoE主要参与Aβ转运的过程。其突变导致脑血管异常的Aβ沉积，其中apoEε2和ε4的基因型携带者更容易发生CAA，Charidimou等[20]的一项包括313例CAA患者队列研究中，具有apoEε2等位基因患者自发性脑出血的发病率较高。而Carmona-Iragui等[21]的临床对照研究发现，apoEε4基因型与散发性早发型阿尔茨海默病显著相关。Montaola等[22]通过检测apoE、apoA1和apoJ可溶性水平及其在CAA患者中的基因型状态发现CAA患者血浆apoJ水平升高，同时在CAA患者血浆中Aβ和apoA1之间存在明显的相关性，apoJ变异与磁共振成像上的白质高信号和脑叶微出血存在相关性。另外，血清淀粉样蛋白P组分也参与CAA患者淀粉样变性的过程。血清淀粉样蛋白P组分是一种新发现的硫酸软骨素蛋白多糖蛋白,研究表明血清淀粉样蛋白P组分是一种能上调脑血管Aβ沉积的新型分子，其可能增加CAA中Aβ诱导的脑血管退变，诱导CAA细胞凋亡[23]。其机制可能与血清淀粉样蛋白P组分参与血管生成、细胞黏附和突触形成有关。同时血清淀粉样蛋白P组分能增强脑血管平滑肌细胞中的细胞毒性作用。Cohn-Hokke等[24]报道了具有认知障碍和脑出血的一个CAA家族，鉴定了一个新的移码变异体(c.236_237delAC)，该变异体在的脑海绵状血管瘤因子2基因中产生过早终止密码子。该家族人员认知障碍并不明显，推测该家族的表型可能是由于脑海绵状血管瘤因子2与apoE共同突变有关。CAA也可以作为一种罕见的单基因遗传病，由APP的Aβ序列内的突变以及早老素1和早老素2基因的突变引起，上述突变参与APP裂解，过多Aβ沉积在脑血管中。与散发性CAA相比，遗传性CAA的特点是发病年龄较早，病情更为严重，预期寿命缩短，如由APP基因E693Q突变引起的具有淀粉样变性荷兰型的遗传性脑出血，此外还有APP基因突变导致的瑞典型和伦敦型等遗传性CAA。早老素1基因错义突变的家族成员均在30岁左右出现痴呆症状，疾病进展迅速。临床表现为进行性记忆障碍，遗忘性失语和步态障碍。病理组织学上表现为弥漫性有核斑块的大量沉积分在皮质以及小脑区域[25]。目前关于CAA变相关炎症是临床关注的热点，因为许多患者对免疫抑制治疗有反应。磁共振成像上有延伸到皮质下白质的不对称白质高信号，对诊断CAA变相关炎症具有良好的灵敏度和特异度[26]。在动物模型中，除脑内血管均可见APP沉积，还显示急性梗死区周围和慢性缺血区有明显星形胶质细胞增殖，进一步证实炎症反应可能参与CAA的形成[27]。

4 FD

FD是由α-半乳糖苷酶A活性缺陷引起的X连锁的溶酶体贮积症，它由染色体Xq22上的α-半乳糖苷酶A基因突变引起，这种酶缺陷导致鞘糖脂在整个身体内逐渐累积，并引起多系统问题，临床表现主要为脑卒中、自主神经功能紊乱、疼痛、心脏病、肾脏损害[28]。FD患者中，男性患者更容易发生肾脏病变。目前中国台湾的医疗团队通过DNA质谱法提高了FD新生儿筛查的阳性率，这为该病的早期发现提供了有效的手段[29]。目前重组人α半乳糖苷酶A的酶替代疗法(enzyme replacement treatment，ERT)已广泛应用于FD的治疗，并且在大多数患者中能够达到较为满意的临床效果。有研究表明：在接受半乳糖苷酶A至少12个月后重新转换为半乳糖苷酶B相较于一直使用半乳糖苷酶-A的疗效较好[30]。另外，血浆溶血-Gb3水平的升高与FD女性肾脏受累有关，ERT的效果与FD患者血浆溶血-Gb3水平具有相关性，定期对ERT治疗的FD患者血浆中的溶血-Gb3抗体进行监测有助于评估患者的疗效及预后，ERT可以使FD患者血浆溶血-Gb3水平迅速得到控制，并且在大多数FD患者中逐渐达到一个稳定水平，从而减少溶酶体在组织中的沉淀，达到控制FD的目的[31]。对于没有条件进行基因诊断的FD患者，针对性的尿镜检查是一种无创、价廉、易用、快速的诊断技术。FD是完全可以治疗的，早期的基因诊断及早期干预显得尤为重要。

5 视网膜血管病伴脑白质营养不良

视网膜血管病伴脑白质营养不良(retinal vasculopathy with cerebral leukodystrophy，RVCL)是一种常染色体显性遗传疾病，通常表现为神经血管损害的综合征，由3′-5′核酸外切酶DNaseⅢ基因(3′-5′-nucleic acid exonuclease DNaseⅢ,TREX1)杂合子C端移码突变引起。在发现该基因前，该疾病被称为致病基因位于3p21.1～p21.3伴视网膜病的遗传性小血管病，并且分为大脑视网膜血管病、遗传性血管视网膜病变、伴有视网膜病-肾病-卒中的遗传性内皮细胞病和遗传性系统性血管病等亚型。RVCL最显著的特征是血管性视网膜病变所致的进行性失明，局灶性或弥漫性脑神经功能损伤，神经影像学上主要表现为白质和脑内肿瘤样病变。TERX1是哺乳动物细胞中最丰富的3′-5′DNA核酸外切酶，其尾部锚定在内质网上。TREX1脱氧核糖核酸酶活性的N端突变与自身免疫和炎症性疾病有关。TREX1的C端突变导致内质网功能的缺失和低聚糖转移酶活性失调，并与RVCL视网膜血管病变有关。Pelzer等[32]回顾性分析了33例携带TREX1突变的RVCL患者的临床特征和血清标志物，发现RVCL患者通常在20岁后出现血管性视网膜病变和雷诺现象，35岁开始出现肾脏病变，神经功能损伤通常在50岁左右开始出现，并且血管性血友病因子抗原、血管性血友病因子前肽和血管生成素Ⅱ可作为疾病活动的早期生物标志物。随着基因测序技术的发展，一些新的基因突变正在被发现，如Vodopivec等[33]报道了一个新型TREX1突变，通过基因测序得到该患者的TREX1基因的c.830-833dupAGGA；Monroy-Jaramillo等[34]也报道了杂合子TREX1突变p.V235Gfs*引起的RVCL-S；Kisla Ekinci等[35]报道TREX1基因中的纯合子R114C突变的两兄弟，1例患者表现为反复发性冻疮，而另1例则表现为脑血管炎。TREX1基因突变可能具有基因-表型的关系，但还需要更多的研究进一步证实。TREX1编码的核蛋白可能在DNA修复中起作用，该基因突变会导致家族性冻疮狼疮、脑血管炎等其他免疫疾病，这可能与DNA修复受损，翻译异常蛋白诱发机体免疫反应有关[36]。

6 弹性假黄瘤

弹性假黄瘤是由于第16号染色体上ABCC6基因突变引起的常染色隐性遗传疾病。其病理特征性表现为结缔组织碎裂和钙化，常儿童时期起病，患者会出现特征性的黄色丘疹和斑块(假黄瘤)及视网膜血管样条纹，随着患者年龄的增长，皮肤和视网膜病变会进行性加重，并且常出现其他系统并发症，脑血管并发症包括脑梗死以及动脉瘤破裂出血。外周动脉血管病变可导致间歇性腿部跛行，并且胃肠道出血很常见。一些杂合子可能表现出疾病的某些特征[37]。De Vilder等[38]发现ABCC6基因变异(p.Arg1314Gln)在缺血性卒中患者队列中频率较高。同时在ABCC6基因敲除小鼠中鉴定出骨形态发生蛋白4和血管细胞黏附分子的上调以及活化素样激酶2下调，表明细胞凋亡和血管生成的增加可能会导致缺血性卒中发生。一份收集了来自200多名日本弹性假黄瘤患者的临床资料也证实脑和心脏缺血性疾病的发病率显著高于正常对照组，并且发现ABCC6的新突变与白种人病例不同，后者没有基因型-表型关系[39]。Kranenburg等[40]估计荷兰人口弹性假黄瘤的患病率至少为1/56 000，并对4种最常见的ABCC6突变(c.3421C>T、c.4182delG、c.3775delT、c.2787+1G>T)进行基因分型，结果显示AB.36的载体频率：c.3421C>T为0.60%，c.4182delG为0.17%，c.3775delT为0.05%，c.2787+1G>T为0.03%，这可以预测该国的心脑血管疾病风险。

7 小 结

遗传性脑血管病是隐源性卒中的重要病因之一。随着基因检测技术的进步，越来越多的遗传性脑小血管病获得诊断。依托目前国内的精准基因研究平台，绝大部分脑小血管病能包含在其脑血管病基因诊断Panel中，使得理论和实践相结合越来越容易。随着遗传性脑小血管病致病基因研究的不断进展，如新一代DNA测序、基因芯片技术等检测手段不断升级，可以更好地为脑小血管病诊断和科研提供帮助。同时，遗传性脑小血管疾病的深入研究也势必为非遗传的脑血管病带来更多的靶点和通路，新兴药物的不断出现也将能给此类患者带来更多的福音。